स्पेक्ट्रोस्कोपी

स्पेक्ट्रोस्कोपी पदार्थ और विद्युतचुंबकीय विकिरण की पारस्परिक क्रिया को तरंग दैर्ध्य, आवृत्ति या ऊर्जा के अनुसार मापती है। वर्णक्रमीय रेखाएँ और सूक्ष्म ऊर्जा स्तरों को बैंड करता है, आणविक संरचना, रचना और भौतिक स्थितियाँ के बारे में जानकारी देती हैं।

स्पेक्ट्रम क्या मापता है

एक स्पेक्ट्रम सामान्यतः तीव्रता बनाम तरंग दैर्ध्य λ, आवृत्ति ν या वेवनंबर ᵠν=1/λ के रूप में दिखाया जाता है। ν=c/λ और फोटॉन ऊर्जा E=hν=एच.सी/λ। इसलिए छोटा तरंग दैर्ध्य अधिक फोटॉन ऊर्जा से जुड़ा है।

कुल्हाड़ियाँ और इकाइयाँ पहचानना आवश्यक है। आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी अक्सर cm⁻¹ वेवनंबर में, दृश्यमान/UV nm में और माइक्रोवेव आवृत्ति इकाइयाँ में दिखाई जा सकती है।

परमाणु रेखा स्पेक्ट्रा

पृथक परमाणु के असतत इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तर के बीच संक्रमण पर ΔE=hν के अनुसार फोटॉन अवशोषित करते हैं या उत्सर्जन होते हैं। हाइड्रोजन जैसे सरल परमाणु में पंक्तियाँ तीव्र रूप से संरचित हैं हो सकती हैं; असली नमूने में डॉपलर, दबाव और यंत्रवत् चौड़ीकरण लाइन चौड़ाई बढ़ाते हैं।

उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में उत्तेजित प्रजाति के फोटॉन छोड़ती हैं; अवशोषण स्पेक्ट्रम में घटना सातत्य के कुछ आवृत्तियाँ कम होती हैं। दोनों में वही ऊर्जा-स्तर का अंतर शामिल हो सकते हैं, लेकिन जनसंख्या और चयन नियम तीव्रता बदलते हैं।

आणविक स्पेक्ट्रा

अणु में इलेक्ट्रॉनिक स्तर के साथ कंपनात्मक और घूर्णी उपस्तर होते हैं। इसलिए स्पेक्ट्रा पृथक परमाणु रेखाएँ की बजाय बैंड या सघन संरचना दिखा सकते हैं। इन्फ्रारेड कंपन, माइक्रोवेव घूर्णन और यूवी-दृश्यमान इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण अलग ऊर्जा तराजू जांच करते हैं।

किसी कंपन का आईआर-सक्रिय होना द्विध्रुव आघूर्ण परिवर्तन पर निर्भर करता है; रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी अलग ध्रुवीकरण चयन नियम का उपयोग करती है। इसलिए 'हर बंधन एक आईआर शिखर देता है' सही नहीं।

बीयर-लैंबर्ट कानून

अवशोषक घोल को पतला करें के लिए अवशोषण ए=εबी.सी उपयोगी है, जहाँ ε दाढ़ अवशोषण, b पथ की लंबाई और c एकाग्रता है। अवशोषण ए=−लॉग₁₀T, T=I/I₀।

बहुत उच्च सांद्रता, बिखराव, रासायनिक संतुलन या वाद्य आवारा प्रकाश में रैखिकता टूट सकती है। अंशांकन रेंज जाँचना मात्रात्मक स्पेक्ट्रोस्कोपी का महत्वपूर्ण हिस्सा है।

संकल्प, अंशांकन और रेखा आकार

संकल्प यह बताती है कि पास-पास वर्णक्रमीय विशेषताएं अलग किए जा सकते हैं या नहीं। संकीर्ण भट्ठा संकल्प बढ़ा सकती है लेकिन संकेत घटा सकती है; डिटेक्टर शोर और ऑप्टिकल विपथन भी सीमा लगाते हैं।

तरंग दैर्ध्य अंशांकन ज्ञात संदर्भ रेखाएँ से और तीव्रता अंशांकन उपयुक्त मानक से की जाती है। चरम स्थिति रसायन शास्त्र बताती है, शिखर क्षेत्र/ऊँचाई की मात्रा से जुड़ सकती है, पर आधार रेखा और रेखा आकार सही मॉडल करना जरूरी है।

अभ्यास

फोटॉन ऊर्जा

λ=500 nm।

हल: E=एच.सी/λ≈3.97×10⁻¹⁹ J≈2.48 eV।

बीयर-लैम्बर्ट

ε=100 L mol⁻¹ cm⁻¹, b=1.0 cm, c=0.010 mol/L।

हल: A=1.00 और T=10⁻¹=0.10।

आवृत्ति

λ=600 nm।

हल: ν=c/λ≈5.00×10¹⁴ Hz।